JP5802131B2 - Method for controlling exercise assist device, walking assist device and rehabilitation method - Google Patents
Method for controlling exercise assist device, walking assist device and rehabilitation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP5802131B2 JP5802131B2 JP2011537303A JP2011537303A JP5802131B2 JP 5802131 B2 JP5802131 B2 JP 5802131B2 JP 2011537303 A JP2011537303 A JP 2011537303A JP 2011537303 A JP2011537303 A JP 2011537303A JP 5802131 B2 JP5802131 B2 JP 5802131B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- value
- asymmetry
- actuator
- pair
- control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 49
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 claims description 74
- 210000004394 hip joint Anatomy 0.000 claims description 67
- 230000005021 gait Effects 0.000 claims description 62
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 claims description 45
- 230000007659 motor function Effects 0.000 claims description 33
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 17
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 claims description 17
- 210000001624 hip Anatomy 0.000 claims description 7
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 6
- 230000001568 sexual effect Effects 0.000 claims 2
- 230000036544 posture Effects 0.000 description 31
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 18
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 description 6
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 210000000323 shoulder joint Anatomy 0.000 description 3
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 2
- 206010033799 Paralysis Diseases 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000012549 training Methods 0.000 description 2
- 210000001364 upper extremity Anatomy 0.000 description 2
- 210000001015 abdomen Anatomy 0.000 description 1
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 210000002310 elbow joint Anatomy 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 210000001991 scapula Anatomy 0.000 description 1
- 210000003857 wrist joint Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
- A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
- A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
- A61H1/0244—Hip
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
- A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
- A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
- A61H1/024—Knee
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/12—Driving means
- A61H2201/1207—Driving means with electric or magnetic drive
- A61H2201/1215—Rotary drive
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/16—Physical interface with patient
- A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
- A61H2201/165—Wearable interfaces
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/50—Control means thereof
- A61H2201/5007—Control means thereof computer controlled
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/50—Control means thereof
- A61H2201/5023—Interfaces to the user
- A61H2201/5035—Several programs selectable
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/50—Control means thereof
- A61H2201/5023—Interfaces to the user
- A61H2201/5043—Displays
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/50—Control means thereof
- A61H2201/5023—Interfaces to the user
- A61H2201/5048—Audio interfaces, e.g. voice or music controlled
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/50—Control means thereof
- A61H2201/5058—Sensors or detectors
- A61H2201/5069—Angle sensors
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/50—Control means thereof
- A61H2201/5058—Sensors or detectors
- A61H2201/5092—Optical sensor
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2230/00—Measuring physical parameters of the user
- A61H2230/62—Posture
- A61H2230/625—Posture used as a control parameter for the apparatus
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Pain & Pain Management (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Rehabilitation Therapy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
本発明は、人間の肢体の運動を補助するように構成されている装置等に関する。 The present invention relates to a device or the like configured to assist the movement of a human limb.
上肢の肩関節または下肢の股関節等の関節の動きを示す人体モデルを用いて、リハビリテーションの訓練技術を教育する手法が提案されている(特許文献1参照)。 There has been proposed a technique for educating rehabilitation training techniques using a human body model indicating the movement of a joint such as the shoulder joint of the upper limb or the hip joint of the lower limb (see Patent Document 1).
しかし、当該手法によれば、健常者に近い動作を実現することは訓練を実施する者の能力等に依存せざるを得ないために困難である。 However, according to the method, it is difficult to realize an operation close to that of a healthy person because it must depend on the ability of the person who performs the training.
そこで、本発明は、左右一対の肢体の運動態様のアンバランスの矯正を図ることができる運動補助装置等を提供することを解決課題とする。 Then, this invention makes it a solution subject to provide the exercise assistance apparatus etc. which can aim at correction | amendment of the imbalance of the exercise | movement aspect of a pair of right and left limbs.
本発明は、人間の左右の肢体のそれぞれに対して左右対称に装着される一対の装具と、前記一対の装具のそれぞれに対して連結されているアクチュエータとを備え、前記アクチュエータから前記一対の装具のそれぞれを通じて前記左右の肢体のそれぞれに対して伝えられる補助力の変化態様を制御するように構成されている運動補助装置およびその制御方法ならびに運動補助装置を用いた人間の肢体の運動機能のリハビリテーション方法に関する。 The present invention includes a pair of appliances mounted symmetrically with respect to each of the left and right limbs of a human, and an actuator connected to each of the pair of appliances, from the actuator to the pair of appliances. Exercise assistance device configured to control the change mode of the assist force transmitted to each of the left and right limbs through each of the limbs, its control method, and rehabilitation of the motor function of the human limb using the exercise assistance device Regarding the method.
前記課題を解決するための本発明の運動補助装置の制御方法は、人間の左右の肢体のそれぞれに対して左右対称に装着される一対の装具と、前記一対の装具のそれぞれに対して連結されているアクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御することにより、前記一対の装具のそれぞれを通じて前記左右の肢体のそれぞれに対して伝えられる補助力の変化態様を制御するように構成されている制御装置とを備えている運動補助装置の制御方法であって、前記制御装置は、前記装具が装着されている前記左右の肢体のそれぞれの同一箇所の姿勢に応じて変化する一対の姿勢変数の値の変化態様を検出する第1ステップと、前記一対の姿勢変数の値の変化態様に基づき、前記アクチュエータの動作の制御基礎としての、前記左右の肢体の運動態様の非対称度を評価する第2ステップとを実行し、前記制御装置は、前記第2ステップにおいて、前記一対の姿勢変数の値の変化態様に基づき、前記一対の姿勢変数のそれぞれの極大値および極小値のうち少なくとも一方の偏差を前記非対称度として算出する、または、前記極小値の偏差が大きい値をとるほど値が連続的または段階的に高くなるように前記非対称度を評価することを特徴とする(第1発明)。 In order to solve the above-described problems, a method for controlling an exercise assisting apparatus according to the present invention includes a pair of appliances mounted symmetrically with respect to left and right limbs of a human, and a pair of appliances connected to each of the pair of appliances. and in which the actuator, by controlling operation of the actuator, and the pair of the left and right of a control device configured to control the variant of the auxiliary force transmitted to each of the limb through the respective brace A control method for an exercise assisting device comprising : a change in a value of a pair of posture variables that changes according to the posture of each of the left and right limbs to which the orthosis is attached Movement of the left and right limbs as a control basis for the operation of the actuator based on a first step of detecting an aspect and a change aspect of the value of the pair of posture variables Run a second step of evaluating the like asymmetry, said controller, in said second step, based on the variant of the value of the pair of orientation variables, each of the maximum value of the pair of position variables and Calculating at least one deviation among the minimum values as the degree of asymmetry, or evaluating the degree of asymmetry so that the value increases continuously or stepwise as the deviation of the minimum value increases. (First invention).
第1発明の方法において、前記制御装置は、前記非対称度の評価結果に応じて、前記人間の歩容形態を判別する第3ステップを実行してもよい(第2発明)。 In the method of the first invention, the control device may execute a third step of discriminating the human gait form according to the evaluation result of the asymmetry degree ( second invention).
第2発明の方法において、前記制御装置は、前記第2ステップにおいて、右肢体の前記姿勢変数の極大値またはその平均値に対する左肢体の前記姿勢変数の極大値またはその平均値の偏差である第1左非対称度と、左肢体の前記姿勢変数の極大値またはその平均値に対する右肢体の前記姿勢変数の極大値またはその平均値の偏差である第1右非対称度と、右肢体の前記姿勢変数の極小値またはその平均値に対する左肢体の前記姿勢変数の極小値またはその平均値の偏差である第2左非対称度と、左肢体の前記姿勢変数の極小値またはその平均値に対する右肢体の前記姿勢変数の極小値またはその平均値の偏差である第2右非対称度とを前記非対称度として算出し、前記制御装置は、前記第3ステップにおいて、前記第1右非対称度が第1閾値以下であるという第1右対称性条件の充足性と、前記第1左非対称度が第1閾値以下であるという第1左対称性条件の充足性と、前記第2右非対称度が第2閾値以下であるという第2右対称性条件の充足性と、前記第2左非対称度が第2閾値以下であるという第2左対称性条件の充足性とのそれぞれを判定し、当該判定結果の相違に応じて前記人間の歩容形態を判別してもよい(第3発明)。 In the method of the second invention, in the second step, the control device is a deviation of the maximum value of the posture variable of the left limb or the average value thereof from the maximum value of the posture variable of the right limb or the average thereof. 1 left asymmetry, 1st right asymmetry which is a deviation of the maximum value or the average value of the posture variable of the right limb relative to the maximum value or the average value of the posture variable of the left limb body, and the posture variable of the right limb body A second left asymmetry that is a deviation of the minimum value or the average value of the posture variable of the left limb body from the minimum value of the left limb body or the average value thereof, and the minimum value of the posture variable of the left limb body or the minimum value of the posture variable of the left limb body or the average value thereof calculating a second right asymmetry which is a deviation of the minimum value or the average value thereof attitude variable as the asymmetry, the control device, in the third step, the first right asymmetry is the first threshold value Satisfiability of the first left symmetry condition that the first right symmetry condition is lower, satisfaction of the first left symmetry condition that the first left asymmetry is less than or equal to the first threshold, and the second right asymmetry is the second threshold The satisfaction of the second right symmetry condition that is less than or equal to the satisfaction of the second left symmetry condition that the second left asymmetry is less than or equal to the second threshold, and the difference in the determination results The gait form of the human may be determined according to the above ( third invention).
第3発明の方法において、前記制御装置は、前記第3ステップにおいて、前記4つの対称性条件のうち前記第1左対称性条件および前記第2左対称性条件が満たされていないという判定結果、または、前記第1右対称性条件および前記第2右対称性条件が満たされていないという判定結果に応じて前記人間の歩容形態が第1歩容形態であると判定してもよい(第4発明)。 In the method of the third invention, the control device, in the third step, the determination result that the first left symmetry condition and the second left symmetry condition among the four symmetry conditions are not satisfied, Alternatively, the human gait form may be determined to be the first gait form according to a determination result that the first right symmetry condition and the second right symmetry condition are not satisfied (first 4 invention).
第3発明の方法において、前記制御装置は、前記第3ステップにおいて、前記4つの対称性条件のうち前記第1左対称性条件および前記第2右対称性条件が満たされていないという判定結果、または、前記第1右対称性条件および前記第2左対称性条件が満たされていないという判定結果に応じて前記人間の歩容形態が第2歩容形態であると判定してもよい(第5発明)。 In the method of the third invention, the control device, in the third step, the determination result that the first left symmetry condition and the second right symmetry condition among the four symmetry conditions are not satisfied, Alternatively, it may be determined that the human gait form is a second gait form according to a determination result that the first right symmetry condition and the second left symmetry condition are not satisfied (first 5 invention).
第3発明の方法において、前記制御装置は、前記第3ステップにおいて、前記4つの対称性条件のうち1つの対称性条件が満たされていないという判定結果に応じて前記人間の歩容形態が第3歩容形態であると判定してもよい(第6発明)。 In the method according to the third aspect , the control device determines whether the human gait form is the first step according to a determination result that one of the four symmetry conditions is not satisfied in the third step. You may determine that it is a 3 gait form ( 6th invention).
第3発明の方法において、前記制御装置は、前記4つの対称性条件のそれぞれが満足されるように、前記アクチュエータの動作を制御する第4ステップを実行してもよい(第7発明)。 In the method of the third invention, the control device may execute a fourth step of controlling the operation of the actuator so that each of the four symmetry conditions is satisfied ( seventh invention).
第1発明の方法において、前記制御装置は、前記第1ステップにおいて、前記左右の肢体のそれぞれの胴体に対する付け根にある関節の前後方向に対する振れ角度の時間変化態様を前記姿勢変数の値の時間変化態様として検出するように構成されていてもよい(第8発明)。 In the method of the first invention, in the first step, the control device changes the time variation mode of the deflection angle with respect to the front-rear direction of the joint at the base of each of the left and right limbs with respect to the front and rear directions. You may comprise so that it may detect as an aspect ( 8th invention).
前記課題を解決するための本発明の運動補助装置としての歩行補助装置は、人間の左右の大腿部のそれぞれに対して左右対称に装着される一対の装具と、前記一対の装具のそれぞれに対して連結されているアクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御することにより、前記一対の装具のそれぞれを通じて前記左右の大腿部のそれぞれに対して伝えられる補助力の変化態様を制御するように構成されている制御装置とを備えている歩行補助装置であって、前記制御装置が、大腿部が基本前額面より後方にある状態では負値であり、大腿部が基本前額面より前方にある状態では正値であるように定義されている股関節角度を検出し、股関節角度が正の基準値未満の範囲で増加している屈曲状態と、股関節角度が減少している伸展状態と、股関節角度が前記基準値以上の範囲で増加している振上状態との別に応じて、左右の股関節角度の振幅の差が低下するように前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていると共に、前記制御装置が、前記人間の左右の脚体の運動機能の高低の差がある場合、当該差がない場合を基準として、運動機能が高い脚体に対する前記補助力が、伸展状態では増加し、屈曲状態および振上状態では減少する一方、運動機能が低い脚体に対する前記補助力が伸展状態では減少し、屈曲状態および振上状態では増加するように前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていることを特徴とする(第9発明)。 A walking assist device as an exercise assisting device according to the present invention for solving the above-described problems is provided with a pair of braces mounted symmetrically with respect to each of the left and right thighs of a human, and each of the pair of braces And an actuator connected to each other, and controlling the movement of the actuator to control a change mode of the assisting force transmitted to each of the left and right thighs through each of the pair of orthoses. The control device is a negative value when the thigh is behind the basic frontal plane, and the thigh is forward of the basic frontal plane. Detecting a hip joint angle that is defined to be positive in a certain state, a flexion state in which the hip joint angle is increasing within a range below a positive reference value, and an extension state in which the hip joint angle is decreasing; According to different and swing-state in which the joint angle is increased in a range of more than the reference value, the difference in amplitude between the left and right hip joint angle is configured to control operation of the actuator so as to reduce When the control device has a difference in level of motor function between the left and right legs of the human, the assisting force on the leg having a high motor function is increased in the extended state on the basis of the absence of the difference. The actuator is configured to control the operation so that the assisting force with respect to the leg having a low motor function decreases in the extended state and increases in the bent state and the swinging state while decreasing in the bent state and the swinging state. It is characterized in that is (ninth invention).
第9発明の歩行補助装置において、前記制御装置が、前記人間の左右の脚体の運動機能の高低の差がある場合、当該差がない場合を基準として、運動機能が高い脚体に対する前記補助力が、伸展状態および屈曲状態では減少し、振上状態では増加する一方、運動機能が低い脚体に対する前記補助力が伸展状態および屈曲状態では増加し、振上状態では減少するように前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていてもよい(第10発明)。 In the walking assist device according to the ninth aspect of the present invention, when there is a difference in height between the right and left legs of the human, the control device supports the leg with a high motor function on the basis of the absence of the difference. The actuator is such that the force decreases in the extended state and the bent state, and increases in the raised state, while the auxiliary force on the leg having a low motor function increases in the extended state and the bent state and decreases in the raised state. May be configured to control the operation of the above ( tenth invention).
第9発明または第10発明の運動補助装置において、前記制御装置が、前記人間の左右の股関節角度に基づき、股関節角度および補助力の関係を表わすマップ、テーブルまたは関係式にしたがって前記補助力が調節されるように前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていてもよい(第11発明)。 In the exercise assisting device according to the ninth or tenth invention, the control device adjusts the assisting force according to a map, a table or a relational expression representing a relationship between the hip joint angle and the assisting force based on the left and right hip joint angles of the human. As described above, the operation of the actuator may be controlled ( 11th invention).
前記課題を解決するための本発明のリハビリテーション方法は、前記制御装置は、
前記装具が装着されている前記左右の肢体のそれぞれの同一箇所の姿勢に応じて変化する一対の姿勢変数の値の変化態様を検出する第1ステップと、前記一対の姿勢変数の値の変化態様に基づき、前記アクチュエータの動作の制御基礎としての、前記左右の肢体の運動態様の非対称度を評価する第2ステップと、前記非対称度の評価結果に応じて前記人間の歩容形態を判別する第3ステップと、前記人間の歩容形態に応じて前記アクチュエータの動作の制御態様を決定する第4ステップとを備えていることを特徴とする(第12発明)。
In the rehabilitation method of the present invention for solving the above problem, the control device comprises:
A first step of detecting a change mode of the value of the pair of posture variables that changes in accordance with the posture of each of the left and right limbs on which the orthosis is mounted, and a change mode of the value of the pair of posture variables And a second step of evaluating the degree of asymmetry of the movement modes of the left and right limbs as a control basis of the operation of the actuator, and a step of determining the human gait according to the evaluation result of the degree of asymmetry. 3 steps and a 4th step which determines the control mode of the operation | movement of the said actuator according to the said human gait form ( 12th invention), It is characterized by the above-mentioned.
本発明の運動補助装置等によれば、人間の左右の肢体のそれぞれの同一箇所の姿勢に応じて変化する一対の姿勢変数の値の変化態様に基づき、当該左右の肢体の運動態様の非対称度が評価される。そして、当該非対称度の評価結果が運動補助装置のアクチュエータの動作制御の基礎として利用されうる。 According to the exercise assisting device and the like of the present invention, the degree of asymmetry of the motion mode of the left and right limbs based on the change mode of the value of the pair of posture variables that change according to the posture of each of the left and right limbs of the human. Is evaluated. The evaluation result of the degree of asymmetry can be used as a basis for controlling the operation of the actuator of the exercise assisting device.
これにより、人間の左右の肢体の運動態様のバランスが調節されるように、当該左右の肢体の運動が運動補助装置によって補助されうる。たとえば、人間の身体の左右一方の脚体の麻痺等のために、当該左右の脚体の運動機能に高低差がある場合、当該差が低減または解消されるように、あるいは、左右の脚体の運動態様の非対称度が低減または解消されるようにこの人間の左右の脚体の動作が補助されうる。そして、人間の身体の歪みの矯正、または、当該左右の肢体の運動機能のアンバランスの軽減または解消といったリハビリ効果が期待される。 Thereby, the exercise | movement of the said right and left limbs can be assisted by the exercise assistance apparatus so that the balance of the exercise | movement aspect of a human right and left limbs may be adjusted. For example, if there is a height difference in the motor function of the left and right legs due to paralysis of the left and right legs of the human body, the difference is reduced or eliminated, or the left and right legs The movement of the left and right legs of the human can be assisted so that the degree of asymmetry of the movement mode is reduced or eliminated. A rehabilitation effect such as correction of human body distortion or reduction or elimination of imbalance in the motor functions of the right and left limbs is expected.
以下、肢体等の左右を区別するために符号「L」および「R」を用いるが、左右を区別する必要がない場合や左右成分を有するベクトルを表現する場合には当該符号を省略する。また、人間の上体に対する下肢(具体的には大腿)の屈曲運動(前方運動)および伸展運動(後方運動)を区別するために符号「+」および「−」を用いる。 Hereinafter, the symbols “L” and “R” are used to distinguish left and right of the limbs, etc., but the symbols are omitted when it is not necessary to distinguish left and right or when a vector having left and right components is expressed. In addition, symbols “+” and “−” are used to distinguish between a bending motion (forward motion) and an extension motion (backward motion) of the lower limb (specifically, the thigh) with respect to the upper body of a human being.
(運動補助装置の構成)
図1に示されている運動補助装置1は、歩行補助装置であり、第1装具11と、第2装具12と、アクチュエータ14と、音声出力装置16とを備えている。図2に示されているように運動補助装置1は、姿勢センサ202と、制御装置20とを備えている。(Configuration of exercise assistance device)
The
第1装具11はエージェント(行為者である人間)の腰部の後側に押し当てられる腰当111と、腰当を腰部に固定するために腹部に巻き付けられるバンド112とを備えている。腰当111はたとえば可撓性のある適度に硬質の樹脂により形成されている。腰当111の左右両側のそれぞれの下端部には、アクチュエータ14がロール軸回りの回動自由度を持って取り付けられている。
The
第2装具12はエージェントの脚体のうち大腿に巻き付けられるバンドを備えている。第2装具12のうち、大腿前側にはアクチュエータ14の出力を第2装具12に伝達するためのリンク部材13がロール軸回りの回動自由度を持って取り付けられている。リンク部材13は硬質樹脂により、エージェントの腰部左右両側のそれぞれから、左右それぞれの大腿の前側に向かって湾曲した形状に形成されている。
The
第2層具12およびリンク部材13の構成は、第2装具12およびリンク部材13を通じてアクチュエータ14の出力を大腿に伝達することができるのであれば、任意に変更されてもよく、たとえば日本国特許第4008464号公報に記載されている構成が採用されてもよい。
The configurations of the
制御装置20は第1装具11の腰当111に内蔵されているコンピュータ(CPU,ROM,RAM,I/O回路,A/D変換回路等により構成されている。)により構成されている。制御装置20は姿勢センサ202からの出力信号に基づき、適宜メモリから読み出したソフトウェアにしたがって演算処理を実行することによりアクチュエータ14の動作を制御する。
The
制御装置20は、姿勢変数Φの極大値Φmaxおよび極小値Φminのそれぞれが、目標極大値Φmax_desおよび目標極小値Φmin_desのそれぞれに一致するように、アクチュエータ14の動作を制御するように構成またはプログラムされている。この観点から、制御装置20の構成としては、姿勢変数Φを制御変数とするフィードバック制御を実行する構成のほか、本出願人が所有する日本国特許第4008464号または第4008465号等に記載されている構成が採用されてもよい。
The
姿勢変数Φの目標極大値Φmax_desおよび目標極小値Φmin_desのそれぞれは、エージェントの通常の運動状態に鑑みた許容範囲から外れないように設定される。 Each of the target maximum value Φmax_des and the target minimum value Φmin_des of the posture variable Φ is set so as not to deviate from the allowable range in view of the normal motion state of the agent.
アクチュエータ14はモータ141および減速機構142を備えている。モータ141の動作および減速機構142の減速比のそれぞれは制御装置20により制御される。減速機構142を経た後のモータ141の出力がアクチュエータ14の出力に該当する。アクチュエータ14の出力は、第1装具11を介してエージェントの腰部に伝達されるとともに、リンク部材13および第2装具12を介してエージェントの脚体(直接的には大腿)に伝達される。
The
姿勢センサ202はエージェントの第2装具12が装着されている左右の下肢または大腿のそれぞれの同一箇所の姿勢に応じて変化する一対の姿勢変数の値に応じた信号を出力するように構成されている。たとえば、エージェントの腰部と左右の大腿のそれぞれとの相対角度(以下「股関節角度」という。)Φが左右一対の姿勢変数として採用される。股関節角度Φは、図3(a)に示されているように大腿が基本前額面(上体を前後方向に区分する面。上体の前後の傾動に応じて傾動する。)よりも前側(屈曲側)にある場合には正値になる一方、図3(b)に示されているように大腿が基本前額面よりも後側(伸展側)にある場合には負値になるように定義される。
The
リンク部材13の前後方向の揺動角度に応じた信号を出力するロータリーエンコーダ、または、アクチュエータ14を構成するモータのロータ角度に応じた信号を出力するホール素子が姿勢センサ202として採用されうる。そのほか、人間が運動する様子を時系列的に撮像する撮像装置を通じて得られた画像の解析によって姿勢変数が測定されてもよく、光学式等のモーションキャプチャーシステムを通じて姿勢変数が測定されてもよい。
A rotary encoder that outputs a signal corresponding to the swing angle of the
(運動補助装置の制御方法およびリハビリテーション方法)
運動補助装置1の動作開始直後において、後述する非対称度を表わすフラグのすべてが「0」に初期化されている。以下説明する一連の手順はエージェントの1歩行周期ごとに実行されてもよく、複数周期ごとに実行されてもよい。(Control method and rehabilitation method of exercise assist device)
Immediately after the operation of the
この状態でまず、左右の下肢のそれぞれの同一箇所の姿勢に応じて変化する一対の姿勢変数の値の変化態様を検出する「第1ステップ」が実行される。具体的には、エージェントが歩行または走行運動をしている状態で、姿勢センサ202の出力信号に基づき、左右の股関節角度ΦLおよびΦRの変化態様が検出される(図4/STEP010)。 In this state, first, a “first step” for detecting a change mode of the value of the pair of posture variables that change in accordance with the postures of the same positions of the left and right lower limbs is executed. Specifically, in a state where the agent is walking or running, a change mode of the left and right hip joint angles ΦL and ΦR is detected based on the output signal of the posture sensor 202 (FIG. 4 / STEP010).
これにより、たとえば図6(a)、図6(b)または図6(c)に示されているような左右の股関節角度ΦLおよびΦRの変化態様が検出される。図6(a)、図6(b)および図6(c)のそれぞれは後述の「左分回し」「左揃え」および「右伸展不足」というそれぞれの歩容形態における股関節角度ΦLおよびΦRの周期的な変化態様を示している。 Thereby, for example, changes in the left and right hip joint angles ΦL and ΦR as shown in FIG. 6A, FIG. 6B, or FIG. 6C are detected. 6 (a), 6 (b) and 6 (c) respectively show hip joint angles ΦL and ΦR in the respective gait forms of “left turn”, “left alignment” and “right extension insufficient” which will be described later. A periodic change mode is shown.
続いて、一対の姿勢変数の値の変化態様に基づき、アクチュエータ14の動作の制御基礎としての、左右の下肢の運動態様の非対称度を評価する「第2ステップ」が実行される。
Subsequently, a “second step” for evaluating the degree of asymmetry of the motion mode of the left and right lower limbs as a control basis for the operation of the
具体的には、第1右指標値θR+に対する第1左指標値θL+の偏差が「第1左非対称度」として算定される。第1左指標値θL+に対する第1右指標値θR+の偏差が「第1右非対称度」として算定される。 Specifically, the deviation of the first left index value θL + from the first right index value θR + is calculated as the “first left asymmetry”. The deviation of the first right index value θR + from the first left index value θL + is calculated as the “first right asymmetry”.
ここで「第1右指標値θR+」は、一連の手順が1歩行周期ごとに実行される場合には右股関節角度ΦRの最近の1歩行周期における極大値ΦRmax(k)を意味し、一連の手順がn歩行周期ごとに実行される場合には最近のn歩行周期(第k−n+1〜第k歩行周期)における極大値ΦRmax(i)の平均値ΣΦRmax(i)/nを意味する。「第1左指標値θL+」は、左股関節角度ΦLの最近の1歩行周期(第k歩行周期)における極大値ΦLmax(k)または最近のn歩行周期における極大値ΦLmax(i)の平均値ΣΦLmax(i)/nを意味する。
Here, the “first right index value θR +” means the maximum value ΦRmax (k) in the latest one walking cycle of the right hip joint angle ΦR when a series of procedures is executed every one walking cycle. When the procedure is executed every n walking cycles, it means an average value ΣΦRmax (i) / n of local maximum values ΦRmax (i) in the latest n walking cycles (k−
また、第2右指標値θR-に対する第2左指標値θL-の偏差が「第2左非対称度」として算定される。第2左指標値θL-に対する第2右指標値θR-の偏差が「第2右非対称度」として算定される。 Further, the deviation of the second left index value θL− from the second right index value θR− is calculated as the “second left asymmetry degree”. The deviation of the second right index value θR− from the second left index value θL− is calculated as the “second right asymmetry”.
ここで「左脚伸展指標値θL-」は、一連の手順が1歩行周期ごとに実行される場合には左股関節角度ΦLの最近の1歩行周期における極小値ΦLmin(k)を意味し、一連の手順がn歩行周期ごとに実行される場合には最近のn歩行周期における極小値ΦLmin(i)の平均値ΣΦLmin(i)/nを意味する。「右脚伸展指標値θR-」は、右股関節角度ΦRの最近の1歩行周期における極小値ΦRmin(k)または最近のn歩行周期における極小値ΦRmin(i)の平均値ΣΦRmin(i)/nを意味する。 Here, the “left leg extension index value θL−” means the minimum value ΦLmin (k) in the latest one walking cycle of the left hip joint angle ΦL when a series of procedures is executed every one walking cycle. When the above procedure is executed every n walking cycles, it means the average value ΣΦLmin (i) / n of the minimum value ΦLmin (i) in the latest n walking cycles. “Right leg extension index value θR-” is the average value ΣΦRmin (i) / n of the minimum value ΦRmin (k) of the right hip joint angle ΦR in the latest one walking cycle or the minimum value ΦRmin (i) in the latest n walking cycle. Means.
さらに、第1左非対称度θL+−θR+が第1閾値θ1(>0)以下であるという第1左対称性条件の充足性が判定される(図4/STEP021)。 Further, whether or not the first left asymmetry degree θL + −θR + is equal to or less than the first threshold θ1 (> 0) is determined (FIG. 4 / STEP021).
第1左対称性条件が満たされていないと判定された場合(図4/STEP021‥NO)、第1左非対称フラグFR+が「1」に設定される(図4/STEP022)。その上で、第1右非対称度θR+−θL+が第1閾値θ1以下であるという第1右対称性条件の充足性が判定される(図4/STEP023)。その一方、第1左対称性条件が満たされていると判定された場合(図4/STEP021‥YES)、そのまま第1右対称性条件の充足性が判定される(図4/STEP023)。 When it is determined that the first left symmetry condition is not satisfied (FIG. 4 / STEP021... NO), the first left asymmetric flag FR + is set to “1” (FIG. 4 / STEP022). Then, the satisfaction of the first right symmetry condition that the first right asymmetry θR + −θL + is equal to or less than the first threshold θ1 is determined (FIG. 4 / STEP023). On the other hand, when it is determined that the first left symmetry condition is satisfied (FIG. 4 / STEP021... YES), the satisfaction of the first right symmetry condition is determined as it is (FIG. 4 / STEP023).
第1右対称性条件が満たされていないと判定された場合(図4/STEP023‥NO)、第1左非対称フラグFL+が「1」に設定される(図4/STEP024)。その上で、第2左非対称度θL-−θR-が第2閾値θ2(0<θ2<θ1)以下であるという第2左対称性条件の充足性が判定される(図4/STEP025)。その一方、第1右対称性条件が満たされていると判定された場合(図4/STEP023‥YES)、そのまま第2左対称性条件の充足性が判定される(図4/STEP025)。 When it is determined that the first right symmetry condition is not satisfied (FIG. 4 / STEP023... NO), the first left asymmetric flag FL + is set to “1” (FIG. 4 / STEP024). Then, the satisfaction of the second left symmetry condition that the second left asymmetry θL−−θR− is equal to or less than the second threshold θ2 (0 <θ2 <θ1) is determined (FIG. 4 / STEP025). On the other hand, when it is determined that the first right symmetry condition is satisfied (FIG. 4 / STEP023... YES), the satisfaction of the second left symmetry condition is determined as it is (FIG. 4 / STEP025).
第2左対称性条件が満たされていないと判定された場合(図4/STEP025‥NO)、第2右非対称フラグFR-が「1」に設定される(図4/STEP026)。その上で、第2右非対称度θR-−θL-が第2閾値θ2以下であるという第2右対称性条件の充足性が判定される(図4/STEP027)。その一方、第2左対称性条件が満たされていると判定された場合(図4/STEP025‥YES)、そのまま第2右対称性条件の充足性が判定される(図4/STEP027)。 When it is determined that the second left symmetry condition is not satisfied (FIG. 4 / STEP025... NO), the second right asymmetric flag FR− is set to “1” (FIG. 4 / STEP026). After that, whether or not the second right symmetry condition that the second right asymmetry θR−−θL− is equal to or smaller than the second threshold θ2 is determined (FIG. 4 / STEP027). On the other hand, when it is determined that the second left symmetry condition is satisfied (FIG. 4 / STEP025... YES), the satisfaction of the second right symmetry condition is determined as it is (FIG. 4 / STEP027).
第2右対称性条件が満たされていないと判定された場合(図4/STEP027‥NO)、第2左非対称フラグFL-が「1」に設定される(図4/STEP028)。その一方、第2右対称性条件が満たされていると判定された場合(図4/STEP027‥YES)、第2左非対称フラグFL-は「0」のままである。 When it is determined that the second right symmetry condition is not satisfied (FIG. 4 / STEP027... NO), the second left asymmetric flag FL− is set to “1” (FIG. 4 / STEP028). On the other hand, when it is determined that the second right symmetry condition is satisfied (FIG. 4 / STEP027... YES), the second left asymmetric flag FL− remains “0”.
さらに、非対称度の評価結果に応じて人間の歩容形態を判別する「第3ステップ」が実行される。歩容形態は「強非対称」および「弱非対称」の2つに大別される。「強非対称」は「第1歩容形態」に該当する「右分回し」および「左分回し」ならびに「第2歩容形態」に該当する「右揃え」および「左揃え」の4つにさらに分類される。「弱非対称」は「第3歩容形態」に該当する「右屈曲不足」「左屈曲不足」「右伸展不足」および「左伸展不足」という4つの歩容形態にさらに分類される。 Furthermore, a “third step” is performed for discriminating the human gait form according to the evaluation result of the asymmetry degree. Gait forms are broadly divided into two types: “strongly asymmetric” and “weakly asymmetric”. “Strong asymmetry” is classified into four “right rotation” and “left rotation” corresponding to “first gait” and “right alignment” and “left alignment” corresponding to “second gait”. Further classified. “Weak asymmetry” is further classified into four gait forms corresponding to “third gait form”: “right bending insufficient”, “left bending insufficient”, “right extension insufficient” and “left extension insufficient”.
「右分回し」は図7(a)に示されているように、人間がその左足を前方に踏み出した後、上体を上方から見て反時計回りに旋回することにより右足を前方に踏み出す動作によって前進する歩容形態を意味する。この歩容形態は、たとえば左脚の運動機能に比較して不足または低下している右脚の運動機能を補おうとする人間の意識によって引き起こされる。 As shown in FIG. 7 (a), “turn right” means that a human steps on the left foot forward, and then turns the right foot forward by turning counterclockwise when viewing the upper body from above. A gait form that moves forward by movement. This gait form is caused, for example, by human consciousness trying to compensate for the motor function of the right leg that is deficient or reduced compared to the motor function of the left leg.
この場合、右脚の屈曲量(前方移動量)および伸展量(後方移動量)のそれぞれが、左脚の屈曲量および伸展量のそれぞれよりも少なくなる。このため、図6(a)に示されているように、右股関節角度ΦRの極大値の絶対値|ΦRmax|が左股関節角度ΦLは極大値の絶対値|ΦLmax|がよりも小さく、かつ、右股関節角度ΦRの極小値の絶対値|ΦRmin|が左股関節角度ΦLの極小値の絶対値|ΦLmin|よりも小さくなる。 In this case, the bending amount (forward movement amount) and the extension amount (backward movement amount) of the right leg are smaller than the bending amount and the extension amount of the left leg, respectively. For this reason, as shown in FIG. 6A, the absolute value | ΦRmax | of the maximum value of the right hip joint angle ΦR is smaller than the absolute value | ΦLmax | of the maximum value of the left hip joint angle ΦL, and The absolute value | ΦRmin | of the minimum value of the right hip joint angle ΦR is smaller than the absolute value | ΦLmin | of the minimum value of the left hip joint angle ΦL.
「左分回し」は図示しないが、人間がその右足を前方に踏み出した後、上体を上方から見て時計回りに旋回することにより左足を前方に移動させる動作によって前進する歩容形態を意味する。 “Rotating left” means a gait that moves forward by moving the left foot forward by turning the upper body clockwise when the person steps on the right foot forward (not shown) To do.
「右揃え」は図7(b)に示されているように、人間がその左足を前方に踏み出した後、右足を左足の横に揃えるように前方に踏み出し、1歩ごとに立ち止まるように前進する歩容形態を意味する。この歩容形態は、たとえば右脚の運動機能の低下等のため、全体重を右脚で支持することを回避しようとする人間の意識によって引き起こされる。 As shown in Fig. 7 (b), "Right alignment" means that after a human stepped on his left foot forward, he stepped forward to align his right foot sideways with his left foot and moved forward to stop at each step. It means the gait form. This gait form is caused by human consciousness trying to avoid supporting the entire body weight with the right leg due to, for example, a decrease in the motor function of the right leg.
この場合、右脚の伸展量および左脚の屈曲量のそれぞれが通常よりも少なくなる。このため、図6(b)に示されているように、右股関節角度ΦRの極大値ΦRmaxが0を少し超えた程度にとどまり、左股関節角度ΦLの極小値ΦLminが負にいたらない。 In this case, the amount of extension of the right leg and the amount of flexion of the left leg are less than usual. For this reason, as shown in FIG. 6B, the maximum value ΦRmax of the right hip joint angle ΦR remains only slightly over 0, and the minimum value ΦLmin of the left hip joint angle ΦL does not become negative.
「左揃え」は図示しないが、人間がその右足を前方に踏み出した後、左足を右足の横に揃えるように前方に踏み出し、1歩ごとに立ち止まるように前進する歩容形態を意味する。 “Left alignment” means a gait pattern that is not shown in the figure, but after the human stepped on the right foot forward, the left foot is stepped forward so as to align with the right foot, and the gait moves forward to stop at each step.
「弱右屈曲」は図7(c)に示されているように、人間がその左足および右足を前方に交互に踏み出しながら前進しているものの、右脚の屈曲量ひいては右足の踏み出し量が比較的少ない歩容形態を意味する。 As shown in Fig. 7 (c), "weak right-bending" is a human being moving forward while alternately stepping forward on its left and right feet, but the amount of bending of the right leg and the amount of stepping on the right foot are compared. This means less gait form.
この場合、図6(c)に示されているように、右股関節角度ΦRの極大値ΦRmaxが左股関節角度ΦLの極大値ΦLmaxよりも小さい。すなわち、第1右非対称度θR-−θL-が第2閾値θ2を超える程度に、右脚および左脚の屈曲量が非対称となっている。 In this case, as shown in FIG. 6C, the maximum value ΦRmax of the right hip joint angle ΦR is smaller than the maximum value ΦLmax of the left hip joint angle ΦL. That is, the amount of bending of the right leg and the left leg is asymmetric so that the first right asymmetry degree θR−−θL− exceeds the second threshold value θ2.
「弱左屈曲」は、人間がその左足および右足を前方に交互に踏み出しながら前進しているものの、左脚の屈曲量ひいては左足の踏み出し量が比較的少ない歩容形態を意味する。「弱右伸展」は、人間がその左足および右足を前方に交互に踏み出しながら前進しているものの、右脚の伸展量ひいては右足を着床している状態での上体の前方移動量が比較的少ない歩容形態を意味する。「弱左伸展」は、人間がその左足および右足を前方に交互に踏み出しながら前進しているものの、左脚の伸展量ひいては左足を着床している状態での上体の前方移動量が比較的少ない歩容形態を意味する。 “Weak left flexion” means a gait form in which a human is moving forward while alternately stepping forward on his left and right feet, but the amount of left leg flexion and thus the amount of stepping on the left foot is relatively small. "Weak right extension" compares the amount of forward movement of the upper body with the right leg extended and the right leg landing while humans are moving forward while alternately stepping their left and right feet forward This means less gait form. “Weak left extension” compares the amount of extension of the left leg and the amount of forward movement of the upper body while the left foot is landing while humans are moving forward by alternately stepping their left and right feet forward. This means less gait form.
第1左非対称フラグFL+および第2左非対称フラグFL-がともに「1」である一方、第1右非対称フラグFR+および第2右非対称フラグFR-がともに「0」であるか否かに応じて、エージェントの歩容形態が左分回しであるか否かが判定される(図5/STEP031)。 The first left asymmetric flag FL + and the second left asymmetric flag FL- are both “1”, while the first right asymmetric flag FR + and the second right asymmetric flag FR− are both “0”. Then, it is determined whether or not the agent's gait form is counterclockwise (FIG. 5 / STEP031).
エージェントの歩容形態が左分回しでないと判定された場合(図5/STEP031‥NO)、第1左非対称フラグFL+および第2左非対称フラグFL-がともに「0」である一方、第1右非対称フラグFR+および第2右非対称フラグFR-がともに「1」であるか否かに応じて、その歩容形態が右分回しであるか否かが判定される(図5/STEP032)。 If it is determined that the agent's gait form is not left-turned (FIG. 5 / STEP031... NO), the first left asymmetric flag FL + and the second left asymmetric flag FL− are both “0”, while the first right It is determined whether or not the gait form is a right turn depending on whether or not both the asymmetric flag FR + and the second right asymmetric flag FR− are “1” (FIG. 5 / STEP032).
エージェントの歩容形態が右分回しでないと判定された場合(図5/STEP032‥NO)、第1左非対称フラグFL+および第2右非対称フラグFR-がともに「0」である一方、第1右非対称フラグFR+および第2左非対称フラグFL-がともに「1」であるか否かに応じて、その歩容形態が左揃えであるか否かが判定される(図5/STEP033)。 If it is determined that the agent's gait is not right-turned (FIG. 5 / STEP032... NO), the first left asymmetric flag FL + and the second right asymmetric flag FR− are both “0”, while the first right Whether or not the gait form is left-aligned is determined according to whether or not both the asymmetric flag FR + and the second left asymmetric flag FL- are “1” (FIG. 5 / STEP033).
エージェントの歩容形態が左揃えでないと判定された場合(図5/STEP033‥NO)、第1左非対称フラグFL+および第2右非対称フラグFR-がともに「1」である一方、第1右非対称フラグFR+および第2左非対称フラグFL-がともに「0」であるか否かに応じて、その歩容形態が左揃えであるか否かが判定される(図5/STEP034)。 When it is determined that the gait form of the agent is not left-aligned (FIG. 5 / STEP033... NO), the first left asymmetric flag FL + and the second right asymmetric flag FR− are both “1”, while the first right asymmetric Whether or not the gait form is left-aligned is determined according to whether or not both the flag FR + and the second left asymmetric flag FL- are “0” (FIG. 5 / STEP034).
エージェントの歩容形態が右揃えでないと判定された場合(図5/STEP034‥NO)、4つの非対称フラグFL+、FR+、FL-およびFR-のうち1つが「1」であるか否かに応じて、その歩容形態が弱非対称であるか否か、さらには、弱非対称のうちいずれの歩容形態に該当するかが判定される(図5/STEP035)。 When it is determined that the gait form of the agent is not right aligned (FIG. 5 / STEP034... NO), depending on whether one of the four asymmetric flags FL +, FR +, FL-, and FR- is “1”. Thus, it is determined whether or not the gait form is weakly asymmetric, and further, which gait form corresponds to the weak asymmetric form (FIG. 5 / STEP035).
そして、人間の歩容形態に応じたアクチュエータ14の動作態様を決定し、当該態様にしたがってアクチュエータ14の動作を制御する「第4ステップ」が実行される。具体的には、エージェントの歩容形態に応じて、目標極大値Φmax_desおよび目標極小値Φmin_desのうち一部が適宜補正される。その上で、前記のように、制御装置20により、姿勢変数Φの極大値Φmaxおよび極小値Φminのそれぞれが、目標極大値Φmax_desおよび目標極小値Φmin_desのそれぞれに一致するようにアクチュエータ14の動作が制御される。
Then, the operation mode of the
エージェントの歩容形態が左分回しであると判定された場合(図5/STEP031‥YES)、左股関節角度の目標極大値ΦLmax_desおよび目標極小値ΦLmin_desのそれぞれがその絶対値が増加するように補正される一方、右股関節角度の目標極大値ΦRmax_desおよび目標極小値ΦRmin_desのそれぞれがそのままに維持され、あるいは、その絶対値が減少するように補正される(図5/STEP041)。 When it is determined that the agent's gait form is counterclockwise rotation (FIG. 5 / STEP031... YES), each of the target maximum value ΦLmax_des and the target minimum value ΦLmin_des of the left hip joint angle is corrected so that its absolute value increases. On the other hand, each of the target maximum value ΦRmax_des and the target minimum value ΦRmin_des of the right hip joint angle is maintained as it is, or is corrected so that the absolute value thereof decreases (FIG. 5 / STEP041).
左股関節角度の目標極大値ΦLmax_desの増加量の多少は、第1左非対称度θL+−θR+の第1閾値θ1に対する超過量の多少に応じて調節されてもよい。左股関節角度の目標極小値ΦLmin_desの増加量の多少は、第2左非対称度θL-−θR-の第2閾値θ2に対する超過量の多少に応じて調節されてもよい。 The amount of increase in the target maximum value ΦLmax_des of the left hip joint angle may be adjusted according to the amount of excess of the first left asymmetry θL + −θR + with respect to the first threshold value θ1. The amount of increase in the target minimum value ΦLmin_des of the left hip joint angle may be adjusted according to the amount of excess of the second left asymmetry θL--θR- with respect to the second threshold value θ2.
この場合、少なくともエージェントの左脚の屈曲量および伸展量を増加させることにより、エージェントの左右の脚の屈曲量偏差および伸展量偏差が低減または解消されるようにエージェントの歩行運動が補助される。この結果、エージェントの上体の時計回りの旋回量が低減される。 In this case, at least by increasing the amount of bending and extension of the left leg of the agent, the walking movement of the agent is assisted so that the bending amount deviation and extension amount deviation of the left and right legs of the agent are reduced or eliminated. As a result, the amount of clockwise rotation of the upper body of the agent is reduced.
エージェントの歩容形態が右分回しであると判定された場合(図5/STEP032‥YES)、右股関節角度の目標極大値ΦRmax_desおよび目標極小値ΦRmin_desのそれぞれがその絶対値が増加するように補正される一方、左股関節角度の目標極大値ΦLmax_desおよび目標極小値ΦLmin_desのそれぞれがそのままに維持され、あるいは、その絶対値が減少するように補正される(図5/STEP042)。 When it is determined that the agent's gait form is clockwise rotation (FIG. 5 / STEP032... YES), the target maximum value ΦRmax_des and the target minimum value ΦRmin_des of the right hip joint angle are corrected so that their absolute values increase. On the other hand, each of the target maximum value ΦLmax_des and the target minimum value ΦLmin_des of the left hip joint angle is maintained as it is, or is corrected so that the absolute value thereof decreases (FIG. 5 / STEP042).
右股関節角度の目標極大値ΦRmax_desの増加量の多少は、第1右非対称度θR+−θL+の第1閾値θ1に対する超過量の多少に応じて調節されてもよい。右股関節角度の目標極小値ΦRmin_desの増加量の多少は、第2右非対称度θR-−θL-の第2閾値θ2に対する超過量の多少に応じて調節されてもよい。 The amount of increase in the target maximum value ΦRmax_des of the right hip joint angle may be adjusted according to the amount of excess of the first right asymmetry θR + −θL + with respect to the first threshold value θ1. The amount of increase in the target minimum value ΦRmin_des of the right hip joint angle may be adjusted according to the amount of excess of the second right asymmetry θR−−θL− with respect to the second threshold θ2.
この場合、少なくともエージェントの右脚の屈曲量および伸展量を増加させることにより、エージェントの左右の脚の屈曲量偏差および伸展量偏差が低減または解消されるようにエージェントの歩行運動が補助される。この結果、エージェントの上体の反時計回りの旋回量が低減される(図7(a)参照)。 In this case, by increasing at least the amount of bending and extension of the right leg of the agent, the agent's walking movement is assisted so that the bending amount deviation and extension amount deviation of the left and right legs of the agent are reduced or eliminated. As a result, the amount of counterclockwise turning of the upper body of the agent is reduced (see FIG. 7A).
エージェントの歩容形態が左揃えであると判定された場合(図5/STEP033‥YES)、左股関節角度の目標極小値ΦLmin_desおよび右股関節角度の目標極大値ΦRmax_desのそれぞれがその絶対値が増加するように補正される一方、左股関節角度の目標極大値ΦLmax_desおよび右股関節角度の目標極小値ΦRmin_desのそれぞれがそのままに維持され、あるいは、その絶対値が減少するように補正される(図5/STEP043)。 When it is determined that the gait form of the agent is left-aligned (FIG. 5 / STEP033... YES), the absolute value of each of the target minimum value ΦLmin_des of the left hip joint angle and the target maximum value ΦRmax_des of the right hip joint angle increases. On the other hand, each of the target maximum value ΦLmax_des of the left hip joint angle and the target minimum value ΦRmin_des of the right hip joint angle is maintained as it is, or is corrected so that the absolute value thereof decreases (FIG. 5 / STEP043). ).
この場合、少なくともエージェントの右脚の屈曲量および左脚の伸展量を増加させることにより、エージェントの左右の脚の屈曲量偏差および伸展量偏差が低減または解消されるようにエージェントの歩行運動が補助される。この結果、エージェントは、左足が着床している状態で、右足を十分に前に踏み出しながら、上体を十分に前に並進させることができる(図7(b)参照)。 In this case, at least the agent's right leg flexion and left leg extension are increased to assist the agent's walking movement so that the left and right leg flexion deviations and extension deviations are reduced or eliminated. Is done. As a result, the agent can translate the upper body sufficiently forward while stepping the right foot forward while the left foot is landing (see FIG. 7B).
エージェントの歩容形態が右揃えであると判定された場合(図5/STEP034‥YES)、左股関節角度の目標極大値ΦLmax_desおよび右股関節角度の目標極小値ΦRmin_desのそれぞれがその絶対値が増加するように補正される一方、左股関節角度の目標極小値ΦLmin_desおよび右股関節角度の目標極大値ΦRmax_desのそれぞれがそのままに維持され、あるいは、その絶対値が減少するように補正される(図5/STEP044)。 When it is determined that the gait form of the agent is right aligned (FIG. 5 / STEP034... YES), the absolute value of each of the target maximum value ΦLmax_des of the left hip joint angle and the target minimum value ΦRmin_des of the right hip joint angle increases. On the other hand, each of the target minimum value ΦLmin_des of the left hip joint angle and the target maximum value ΦRmax_des of the right hip joint angle is maintained as it is, or is corrected so that the absolute value thereof decreases (FIG. 5 / STEP044). ).
この場合、少なくともエージェントの左脚の屈曲量および右脚の伸展量を増加させることにより、エージェントの左右の脚の屈曲量偏差および伸展量偏差が低減または解消されるようにエージェントの歩行運動が補助される。この結果、エージェントは、右足が着床している状態で、左足を十分に前に踏み出しながら、上体を十分に前に並進させることができる。 In this case, at least the agent's left leg flexion and right leg extension are increased to assist the agent's walking movement so that the left and right leg flexion deviations and extension deviations are reduced or eliminated. Is done. As a result, the agent can translate the upper body sufficiently forward while stepping forward the left foot sufficiently while the right foot is landing.
エージェントの歩容形態が「右屈曲不足」「左屈曲不足」「右伸展不足」または「左伸展不足」であると判定された場合(図5/STEP035‥YES)、右股関節角度の目標極大値ΦRmax_des、左股関節角度の目標極大値ΦLmax_des、右股関節角度の目標極小値ΦRmin_desまたは左股関節角度の目標極小値ΦLmin_desのみがその絶対値が増加するよう補正される一方、残りの目標値はそのままに維持され、あるいは、その絶対値が減少するように補正される(図5/STEP045)。 When it is determined that the gait form of the agent is “right bending insufficient”, “left bending insufficient”, “right extension insufficient” or “left extension insufficient” (FIG. 5 / STEP 035... YES), the target maximum value of the right hip joint angle Only ΦRmax_des, left hip joint angle target maximum value ΦLmax_des, right hip joint angle target minimum value ΦRmin_des or left hip joint angle target minimum value ΦLmin_des are corrected so that their absolute values increase, while the remaining target values remain unchanged Alternatively, the absolute value is corrected so as to decrease (FIG. 5 / STEP045).
この場合、少なくともエージェントの左脚の伸展量および屈曲量、ならびに、右脚の伸展量および伸展量のうちいずれか1つを増加させることにより、エージェントの左右の脚の屈曲量偏差および伸展量偏差が低減または解消されるようにエージェントの歩行運動が補助される。 In this case, by increasing at least one of the extension amount and the flexion amount of the left leg of the agent and the extension amount and the extension amount of the right leg, the deviation of the flexion amount and the extension amount deviation of the left and right legs of the agent is determined. The agent's walking movement is assisted to reduce or eliminate the problem.
(本発明の他の実施形態)
前記実施形態では上体に対する左右の下肢(脚体)の運動が補助されたが、他の実施形態として代替的にまたは付加的に上体に対する左右の上肢(腕体)の運動が補助されてもよい。この場合、第1装具は上体背面上部(肩甲骨付近など)に装着され、一対の第2装具のそれぞれは左右の腕(上腕)のそれぞれに装着される。アクチュエータの配置およびリンク部材の形状は、腕の前後の揺動運動を補助する観点から適当に設計されればよい。また、腕の姿勢変数として、腕の前後の揺動角度を表わす肩関節角度が測定される。肩関節角度は、股関節角度と同様に基本前額面を基準として正負が定義されてもよい。(Other embodiments of the present invention)
In the above embodiment, the movement of the left and right lower limbs (legs) with respect to the upper body is assisted, but as an alternative embodiment, the movement of the left and right upper limbs (arms) with respect to the upper body is assisted. Also good. In this case, the first brace is worn on the upper back of the upper body (near the scapula, etc.), and each of the pair of second braces is worn on the left and right arms (upper arms). The arrangement of the actuator and the shape of the link member may be appropriately designed from the viewpoint of assisting the swinging motion of the arm in the front-rear direction. Further, as the arm posture variable, a shoulder joint angle representing the swing angle of the front and rear of the arm is measured. Similarly to the hip joint angle, the shoulder joint angle may be defined as positive or negative with respect to the basic front face.
そのほか、左右の膝関節のそれぞれ回りの左右の脚のそれぞれの屈伸運動が補助されてもよい。この場合、左右一対の第1装具のそれぞれが各大腿に装着され、左右一対の第2層具のそれぞれが各下腿に装着される。アクチュエータの配置およびリンク部材の形状は、脚の膝関節における屈伸運動を補助する観点から適当に設計されればよい。脚の姿勢変数として膝関節角度が測定される。 In addition, the bending and stretching movements of the left and right legs around the left and right knee joints may be assisted. In this case, each of the pair of left and right first braces is mounted on each thigh, and each of the pair of left and right second braces is mounted on each leg. The arrangement of the actuator and the shape of the link member may be appropriately designed from the viewpoint of assisting bending and stretching movements in the knee joint of the leg. Knee joint angle is measured as a leg posture variable.
脚の膝関節における屈伸運動と同様に、腕の肘関節または手根関節における屈伸運動が補助されてもよい。 Similar to the flexion / extension movement at the knee joint of the leg, the flexion / extension movement at the elbow joint or wrist joint of the arm may be assisted.
前記実施形態では第1〜第4ステップのすべてが制御装置20による演算処理として実行されたが、他の実施形態として第1〜第4ステップのうち一部、たとえば、エージェントの歩容形態の判別(第3ステップ)および歩容形態に応じた運動補助装置1の動作態様の決定(第4ステップ)が理学療法士など、リハビリテーションに従事する者により実行されてもよい。
In the embodiment, all of the first to fourth steps are executed as arithmetic processing by the
理学療法士は、コンピュータにより評価され、ディスプレイに表示されるエージェントの非対称度を視認した上で、ディスプレイに表示されている、あるいは、別個の書類に記載されている歩容形態の決定方法にしたがって、当該歩容形態を決定することができる。理学療法士は、コンピュータにより判定され、ディスプレイに表示されるエージェントの歩容形態を視認した上で、ディスプレイに表示されている、あるいは、別個の書類に記載されている制御態様の決定方法にしたがって、当該制御態様を決定することができる。運動補助装置1の動作態様は、制御装置20に付属するスイッチまたはボタンなどがマニュアル操作されることにより制御されてもよい。
The physical therapist evaluates the asymmetry of the agent evaluated on the computer and displayed on the display, and follows the gait form determination method displayed on the display or described in a separate document. The gait form can be determined. The physiotherapist visually recognizes the gait form of the agent determined by the computer and displayed on the display, and then follows the control mode determination method displayed on the display or described in a separate document. The control mode can be determined. The operation mode of the
(股関節角度Φに応じた動作制御の第1実施例)
制御装置20が、股関節角度Φによって区分される屈曲状態、伸展状態および振上状態の別に応じて、非対称度、ひいては左右の股関節角度の振幅の差が低下するようにアクチュエータ14の動作を制御するように構成されていてもよい。(First embodiment of motion control according to hip joint angle Φ)
The
「屈曲状態」は、股関節角度Φが目標極大値Φmax_des未満の正の基準値Φc未満の範囲で増加している状態を意味する。「伸展状態」は、股関節角度Φが減少している状態を意味する。「振上状態」は、股関節角度Φが基準値Φc以上の範囲で増加している状態を意味する。 “Bending state” means a state in which the hip joint angle Φ increases within a range of less than the target maximum value Φmax_des and less than the positive reference value Φc. “Extension state” means a state in which the hip joint angle Φ is decreasing. The “swinging state” means a state in which the hip joint angle Φ increases within a range of the reference value Φc or more.
具体的には、制御装置20が、麻痺等の理由により人間の左右の脚体の運動機能の高低の差がある場合、当該差がない場合を基準として、表1に示されているように補助力が加減されるようにアクチュエータ14の動作を制御する。すなわち、運動機能が高い脚体に対する補助力Fが、基準補助力Fcを基準として伸展状態では増加し(+)、屈曲状態および振上状態では減少する(−)ようにアクチュエータ14の出力が調節される。一方、運動機能が低い脚体に対する補助力Fが、基準補助力Fcを基準として伸展状態では減少し(−)、屈曲状態および振上状態では増加する(+)ようにアクチュエータ14の出力が調節される。
Specifically, as shown in Table 1, when the
エージェントの股関節角度Φおよび補助力Fの関係を表わすマップ、テーブルまたは関係式にしたがって当該補助力が調節される。図8には、当該関係を表わす曲線が示されている。基準補助力Fcは股関節角度Φに応じて変化するが、図8では正規化されて破線により表わされている。図8における曲線1〜6は、表1の符号1〜6に対応している。
The auxiliary force is adjusted according to a map, table, or relational expression representing the relationship between the agent's hip joint angle Φ and auxiliary force F. FIG. 8 shows a curve representing the relationship. The reference assisting force Fc changes according to the hip joint angle Φ, but is normalized and represented by a broken line in FIG.
図8(a)(b)から明らかなように、基準補助力Fcを基準とした補助力Fの変化量は、股関節角度の絶対値|Φ|の増加とともに増加する。股関節角度の絶対値|Φ|に対する、基準補助力Fcを基準とした補助力Fの増加率は、(5)運動機能が低い脚体が伸展状態にある場合、(1)運動機能が高い脚体が屈曲状態にある場合、(6)運動機能が低い脚体が振上状態にある場合の順で高くなっている。また、股関節角度の絶対値|Φ|に対する、基準補助力Fcを基準とした補助力Fの減少率は、(2)運動機能が高い脚体が伸展状態にある場合、(4)運動機能が低い脚体が屈曲状態にある場合、(3)運動機能が高い脚体が振上状態にある場合の順で高くなっている。 As is apparent from FIGS. 8A and 8B, the amount of change in the assist force F with respect to the reference assist force Fc increases as the absolute value | Φ | of the hip joint angle increases. The increase rate of the assisting force F with respect to the absolute value | Φ | of the hip joint angle with respect to the reference assisting force Fc is as follows: (5) When a leg with a low motor function is in an extended state, (1) A leg with a high motor function When the body is in a bent state, (6) the legs are higher in the order in which the legs with low motor function are in the raised state. The reduction rate of the assisting force F with respect to the absolute value | Φ | of the hip joint angle with respect to the reference assisting force Fc is as follows: (2) When the leg having a high motor function is in the extended state, (4) The motor function is When the lower leg is in the bent state, (3) the leg is higher in the order in which the leg with the higher motor function is in the raised state.
(股関節角度Φに応じた動作制御の第2実施例)
制御装置20が、左右の脚体の運動機能の高低の差がある場合、当該差がない場合を基準として、表2に示されているように補助力Fが加減されるようにアクチュエータ14の動作を制御する。すなわち、運動機能が高い脚体に対する補助力Fが、基準補助力Fcを基準として伸展状態および屈曲状態では減少し(−)、振上状態では増加する(+)ようにアクチュエータ14の出力が調節される。一方、運動機能が低い脚体に対する補助力Fが、基準補助力Fcを基準として伸展状態および屈曲状態では増加し(+)、振上状態では減少する(−)ようにアクチュエータ14の出力が調節される。(Second embodiment of motion control according to hip joint angle Φ)
When the
エージェントの股関節角度Φおよび補助力Fの関係を表わすマップ、テーブルまたは関係式にしたがって当該補助力が調節される。図9には、当該関係を表わす曲線が示されている。基準補助力Fcは股関節角度Φに応じて変化するが、図9では正規化されて破線により表わされている。図9における曲線1〜6は、表2の符号1〜6に対応している。
The auxiliary force is adjusted according to a map, table, or relational expression representing the relationship between the agent's hip joint angle Φ and auxiliary force F. FIG. 9 shows a curve representing the relationship. The reference assisting force Fc changes according to the hip joint angle Φ, but is normalized in FIG. 9 and represented by a broken line.
図9(a)(b)から明らかなように、股関節角度の絶対値|Φ|に対する、基準補助力Fcを基準とした補助力Fの増加率は、(6)運動機能が高い脚体が振上状態にある場合、(3)運動機能が低い脚体が伸展状態にある場合、(1)運動機能が低い脚体が屈曲状態にある場合の順で高くなっている。また、股関節角度の絶対値|Φ|に対する、基準補助力Fcを基準とした補助力Fの減少率は、当該絶対値|Φ|が大きい領域(基準値Φcを含む。)では(4)運動機能が高い脚体が伸展状態にある場合、(2)運動機能が高い脚体が屈曲状態にある場合、(5)運動機能が低い脚体が振上状態にある場合の順で高くなっている。 As apparent from FIGS. 9A and 9B, the increase rate of the assisting force F relative to the absolute value | Φ | of the hip joint angle with respect to the reference assisting force Fc is as follows. When in a swinging state, (3) when a leg with a low motor function is in an extended state, (1) when a leg with a low motor function is in a bent state, the order is higher. Further, the decrease rate of the assisting force F relative to the absolute value | Φ | of the hip joint angle with respect to the reference assisting force Fc is (4) motion in a region where the absolute value | Φ | is large (including the reference value Φc). When the leg with high function is in the extended state, (2) When the leg with high motor function is in the bent state, (5) In the order when the leg with low motor function is in the raised state Yes.
(実験結果)
図10には、4人のエージェントA〜Dのそれぞれについて、歩行補助装置1の使用前を基準として、歩行補助装置1を使用開始してから1月が経過した際における歩行速度および歩数のそれぞれの変化率が示されている。最大歩行距離は10mに制限された。(Experimental result)
In FIG. 10, for each of the four agents A to D, the walking speed and the number of steps when one month has passed since the use of the walking assist
図10から、エージェントBを除く他のエージェントのすべてについて、歩行補助装置1の使用により歩行速度および歩数が向上していること、ひいては左右の脚体の運動機能のアンバランスが改善されていることがわかる。
From FIG. 10, the walking speed and the number of steps are improved by using the walking assist
図11には、あるエージェントの運動補助装置1の使用前後における歩行距離および歩数の変化が示されている。図11から、運動補助装置1の使用により、歩数に対する歩行距離の比率、すなわち、平均歩幅が向上していること、ひいては左右の脚体の運動機能のアンバランスが改善されていることがわかる。
FIG. 11 shows changes in the walking distance and the number of steps before and after using the
Claims (12)
前記制御装置は、
前記装具が装着されている前記左右の肢体のそれぞれの同一箇所の姿勢に応じて変化する一対の姿勢変数の値の変化態様を検出する第1ステップと、
前記一対の姿勢変数の値の変化態様に基づき、前記アクチュエータの動作の制御基礎としての、前記左右の肢体の運動態様の非対称度を評価する第2ステップとを実行し、
前記制御装置は、前記第2ステップにおいて、前記一対の姿勢変数の値の変化態様に基づき、前記一対の姿勢変数のそれぞれの極大値および極小値のうち少なくとも一方の偏差を前記非対称度として算出する、または、前記極小値の偏差が大きい値をとるほど値が連続的または段階的に高くなるように前記非対称度を評価することを特徴とする制御方法。 By controlling a pair of appliances mounted symmetrically with respect to the left and right human limbs, an actuator connected to each of the pair of appliances, and an operation of the actuator , the pair of appliances A control method for an exercise assisting device comprising a control device configured to control a change mode of assisting force transmitted to each of the left and right limbs through each of the orthoses,
The control device includes:
A first step of detecting a change mode of a value of a pair of posture variables that change in accordance with the posture of each of the left and right limbs on which the orthosis is mounted;
Performing a second step of evaluating the degree of asymmetry of the motion modes of the left and right limbs as a control basis for the operation of the actuator based on a change mode of the values of the pair of posture variables ;
In the second step, the control device calculates a deviation of at least one of a local maximum value and a local minimum value of the pair of posture variables as the degree of asymmetry based on a change mode of the value of the pair of posture variables. or control method characterized by value as taking deviation large value of the minimum value to evaluate continuously or progressively higher as the asymmetry.
前記制御装置は、前記非対称度の評価結果に応じて、前記人間の歩容形態を判別する第3ステップを実行することを特徴とする制御方法。 In the control method of the exercise assistance device according to claim 1 ,
It said controller, in response to the asymmetry of the evaluation result, the control method characterized by performing the third step of judging gait forms of the human.
前記制御装置は、前記第2ステップにおいて、右肢体の前記姿勢変数の極大値またはその平均値に対する左肢体の前記姿勢変数の極大値またはその平均値の偏差である第1左非対称度と、左肢体の前記姿勢変数の極大値またはその平均値に対する右肢体の前記姿勢変数の極大値またはその平均値の偏差である第1右非対称度と、右肢体の前記姿勢変数の極小値またはその平均値に対する左肢体の前記姿勢変数の極小値またはその平均値の偏差である第2左非対称度と、左肢体の前記姿勢変数の極小値またはその平均値に対する右肢体の前記姿勢変数の極小値またはその平均値の偏差である第2右非対称度とを前記非対称度として算出し、
前記制御装置は、前記第3ステップにおいて、前記第1右非対称度が第1閾値以下であるという第1右対称性条件の充足性と、前記第1左非対称度が第1閾値以下であるという第1左対称性条件の充足性と、前記第2右非対称度が第2閾値以下であるという第2右対称性条件の充足性と、前記第2左非対称度が第2閾値以下であるという第2左対称性条件の充足性とのそれぞれを判定し、当該判定結果の相違に応じて前記人間の歩容形態を判別することを特徴とする制御方法。 The method of controlling an exercise assistance device according to claim 2 ,
In the second step, the control device includes a first left asymmetry degree that is a deviation of the maximum value or the average value of the posture variable of the left limb body from the maximum value or the average value of the posture variable of the right limb body, A first right asymmetry that is a deviation of the maximum value or average value of the posture variable of the right limb relative to the maximum value or average value of the posture variable of the limb body, and the minimum value or average value of the posture variable of the right limb body; A second left asymmetry that is a deviation of a minimum value of the posture variable of the left limb body or an average value thereof, and a minimum value of the posture variable of the left limb body or a minimum value of the posture variable of the right limb body or the average value thereof A second right asymmetry that is a deviation of the average value is calculated as the asymmetry,
In the third step, the control device is said to satisfy the first right symmetry condition that the first right asymmetry is equal to or less than a first threshold, and the first left asymmetry is equal to or less than a first threshold. Satisfiability of the first left symmetry condition, sufficiency of the second right symmetry condition that the second right asymmetry is less than or equal to a second threshold, and the second left asymmetry being less than or equal to a second threshold A control method comprising: determining whether the second left symmetry condition is sufficient and determining the gait form of the human according to a difference in the determination result.
前記制御装置は、前記第3ステップにおいて、前記4つの対称性条件のうち前記第1左対称性条件および前記第2左対称性条件が満たされていないという判定結果、または、前記第1右対称性条件および前記第2右対称性条件が満たされていないという判定結果に応じて前記人間の歩容形態が第1歩容形態であると判定することを特徴とする制御方法。 The method of controlling an exercise assistance device according to claim 3 ,
In the third step, the control device determines whether the first left symmetry condition and the second left symmetry condition among the four symmetry conditions are not satisfied, or the first right symmetry control method, wherein the human gait forms depending on the determination result that sexual condition and the second right symmetry condition is not satisfied is determined to be the first gait mode.
前記制御装置は、前記第3ステップにおいて、前記4つの対称性条件のうち前記第1左対称性条件および前記第2右対称性条件が満たされていないという判定結果、または、前記第1右対称性条件および前記第2左対称性条件が満たされていないという判定結果に応じて前記人間の歩容形態が第2歩容形態であると判定することを特徴とする制御方法。 The method of controlling an exercise assistance device according to claim 3 ,
In the third step, the control device determines whether the first left symmetry condition and the second right symmetry condition among the four symmetry conditions are not satisfied, or the first right symmetry control method, wherein the human gait forms depending on the determination result that sexual condition and the second left symmetry condition is not satisfied is determined to be a second gait mode.
前記制御装置は、前記第3ステップにおいて、前記4つの対称性条件のうち1つの対称性条件が満たされていないという判定結果に応じて前記人間の歩容形態が第3歩容形態であると判定することを特徴とする制御方法。 The method of controlling an exercise assistance device according to claim 3 ,
In the third step, the control device determines that the human gait form is a third gait form according to a determination result that one of the four symmetry conditions is not satisfied. A control method characterized by determining.
前記制御装置は、前記4つの対称性条件のそれぞれが満足されるように、前記アクチュエータの動作を制御する第4ステップを実行することを特徴とする制御方法。 The method of controlling an exercise assistance device according to claim 3 ,
The control device such that said each of the four symmetry conditions are satisfied, the control method characterized by performing a fourth step of controlling the operation of the actuator.
前記制御装置は、前記第1ステップにおいて、前記左右の肢体のそれぞれの胴体に対する付け根にある関節の前後方向に対する振れ角度の時間変化態様を前記姿勢変数の値の時間変化態様として検出するように構成されていることを特徴とする制御方法。 In the control method of the exercise assistance device according to claim 1,
The control device is configured to detect , in the first step, a time variation mode of a swing angle with respect to a front-rear direction of a joint at the base of each of the left and right limbs as a time variation mode of the value of the posture variable. The control method characterized by being made.
前記制御装置が、大腿部が基本前額面より後方にある状態では負値であり、大腿部が基本前額面より前方にある状態では正値であるように定義されている股関節角度を検出し、
股関節角度が正の基準値未満の範囲で増加している屈曲状態と、股関節角度が減少している伸展状態と、股関節角度が前記基準値以上の範囲で増加している振上状態との別に応じて、左右の股関節角度の振幅の差が低下するように前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていると共に、
前記制御装置が、前記人間の左右の脚体の運動機能の高低の差がある場合、当該差がない場合を基準として、運動機能が高い脚体に対する前記補助力が、伸展状態では増加し、屈曲状態および振上状態では減少する一方、運動機能が低い脚体に対する前記補助力が伸展状態では減少し、屈曲状態および振上状態では増加するように前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていることを特徴とする歩行補助装置。 By controlling the operation of the actuator, a pair of braces that are mounted symmetrically with respect to each of the left and right thighs of the human, an actuator that is coupled to each of the pair of braces, and A walking assist device comprising a control device configured to control a change mode of assist force transmitted to each of the left and right thighs through each of a pair of orthoses,
The controller detects a hip angle that is defined as a negative value when the thigh is behind the basic front face and a positive value when the thigh is ahead of the basic front face. And
Separately between a flexion state in which the hip joint angle is increased in a range less than a positive reference value, an extension state in which the hip joint angle is decreasing, and a swinging state in which the hip joint angle is increased in a range equal to or greater than the reference value In response, the actuator is configured to control the operation so that the difference in amplitude between the left and right hip joint angles decreases ,
When the control device has a difference in level of motor function between the left and right legs of the human, with reference to the case where there is no difference, the assisting force on the leg with a high motor function increases in the extended state, The actuator is configured to control the operation of the actuator so that the assisting force with respect to a leg having a low motor function decreases in the extended state and increases in the bent state and the swinging state while decreasing in the bent state and the swinging state. walking assist device characterized in that is.
前記制御装置が、前記人間の左右の脚体の運動機能の高低の差がある場合、当該差がない場合を基準として、運動機能が高い脚体に対する前記補助力が、伸展状態および屈曲状態では減少し、振上状態では増加する一方、運動機能が低い脚体に対する前記補助力が伸展状態および屈曲状態では増加し、振上状態では減少するように前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていることを特徴とする歩行補助装置。 The walking assist device according to claim 9 , wherein
When the control device has a difference in level of motor function between the left and right legs of the human, with reference to the case where there is no difference, the assisting force for the leg having a high motor function is in an extended state and a bent state. It is configured to control the operation of the actuator so that the assisting force on the leg with a low motor function increases in the extended state and the bent state, and decreases in the swinging state while decreasing and increasing in the swinging state. A walking assistance device characterized by that.
前記制御装置が、前記人間の左右の股関節角度に基づき、股関節角度および補助力の関係を表わすマップ、テーブルまたは関係式にしたがって前記補助力が調節されるように前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていることを特徴とする歩行補助装置。 The walking assistance device according to claim 9 or 10 ,
The control device controls the operation of the actuator so that the auxiliary force is adjusted according to a map, a table, or a relational expression representing a relationship between the hip joint angle and the auxiliary force based on the left and right hip joint angles of the human. A walking aid device characterized by being configured.
前記制御装置は、
前記装具が装着されている前記左右の肢体のそれぞれの同一箇所の姿勢に応じて変化する一対の姿勢変数の値の変化態様を検出する第1ステップと、
前記一対の姿勢変数の値の変化態様に基づき、前記アクチュエータの動作の制御基礎としての、前記左右の肢体の運動態様の非対称度を評価する第2ステップと、
前記非対称度の評価結果に応じて前記人間の歩容形態を判別する第3ステップと、
前記人間の歩容形態に応じて前記アクチュエータの動作の制御態様を決定する第4ステップとを備えていることを特徴とする方法。 By controlling a pair of appliances mounted symmetrically with respect to the left and right human limbs, an actuator connected to each of the pair of appliances, and an operation of the actuator, the pair of appliances A control device configured to control a change mode of an assist force transmitted to each of the left and right limbs through each of the orthoses, and A method for rehabilitation of motor function,
The control device includes:
A first step of detecting a change mode of a value of a pair of posture variables that change in accordance with the posture of each of the left and right limbs on which the orthosis is mounted;
A second step of evaluating the degree of asymmetry of the movement modes of the left and right limbs as a control basis of the operation of the actuator based on the change modes of the values of the pair of posture variables;
A third step of discriminating the human gait according to the evaluation result of the degree of asymmetry;
And a fourth step of determining a control mode of the operation of the actuator according to the human gait form.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US25364309P | 2009-10-21 | 2009-10-21 | |
US61/253,643 | 2009-10-21 | ||
PCT/JP2010/068604 WO2011049171A1 (en) | 2009-10-21 | 2010-10-21 | Motion assisting device, control method therefor, and rihabilitation method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2011049171A1 JPWO2011049171A1 (en) | 2013-03-14 |
JP5802131B2 true JP5802131B2 (en) | 2015-10-28 |
Family
ID=43900394
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011537303A Active JP5802131B2 (en) | 2009-10-21 | 2010-10-21 | Method for controlling exercise assist device, walking assist device and rehabilitation method |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9314394B2 (en) |
JP (1) | JP5802131B2 (en) |
DE (1) | DE112010005453B4 (en) |
WO (1) | WO2011049171A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102566114B1 (en) * | 2017-11-10 | 2023-08-14 | 삼성전자주식회사 | Control method and control apparatus for turning walking |
Families Citing this family (30)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5675020B2 (en) * | 2011-05-30 | 2015-02-25 | 本田技研工業株式会社 | Walking state estimation device and walking assist device using the same |
JP5675021B2 (en) * | 2011-05-30 | 2015-02-25 | 本田技研工業株式会社 | Walking assist device |
US9119762B2 (en) * | 2011-05-30 | 2015-09-01 | Honda Motor Co., Ltd. | Walking assist device, walking assist method, walking state estimating device and walking state estimating method |
EP2796123B1 (en) * | 2011-12-21 | 2019-03-13 | Shinshu University | Movement assistance device |
JP5876358B2 (en) * | 2012-03-30 | 2016-03-02 | 国立大学法人九州大学 | Walking exercise aid |
US9610209B2 (en) | 2012-11-01 | 2017-04-04 | Honda Motor Co., Ltd. | Walking motion assist device |
JP5968757B2 (en) * | 2012-11-01 | 2016-08-10 | 本田技研工業株式会社 | Walking motion assist device |
US9345609B2 (en) | 2013-01-11 | 2016-05-24 | Elwha Llc | Position sensing active torso support |
US20140180171A1 (en) * | 2012-12-20 | 2014-06-26 | Elwha Llc | Gait-responsive active torso support |
US10314733B2 (en) | 2012-12-20 | 2019-06-11 | Elwha Llc | Sensor-based control of active wearable system |
ES2886134T3 (en) | 2013-03-14 | 2021-12-16 | Ekso Bionics Inc | Powered orthopedic system for cooperative above-ground rehabilitation |
KR102186859B1 (en) | 2014-01-09 | 2020-12-04 | 삼성전자주식회사 | a walking assist device and a method for controlling the the walking assist device |
DE102014100460A1 (en) * | 2014-01-16 | 2015-07-16 | Tyromotion Gmbh | Arrangement for supporting a movement, rehabilitation system and movement support system |
JP5758028B1 (en) * | 2014-06-19 | 2015-08-05 | 本田技研工業株式会社 | Step counting device, walking assist device, and step counting program |
KR102378018B1 (en) | 2014-07-29 | 2022-03-24 | 삼성전자주식회사 | Gait motion recognition apparatus and method thereof |
KR102292683B1 (en) | 2014-09-12 | 2021-08-23 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for gait task recognition |
KR102387378B1 (en) * | 2014-10-07 | 2022-04-15 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for recognizing gait motion |
KR102342072B1 (en) * | 2014-10-14 | 2021-12-22 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for conrolling walking assist |
US10576619B2 (en) * | 2014-12-26 | 2020-03-03 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Assisting torque setting method and apparatus |
KR102510984B1 (en) * | 2014-12-26 | 2023-03-17 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for setting assistant torque |
KR102485718B1 (en) * | 2015-08-11 | 2023-01-06 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for calculating torque of walking assist device |
KR102452632B1 (en) * | 2015-08-17 | 2022-10-07 | 삼성전자주식회사 | A motion assist apparatus and a control method thereof |
KR102482436B1 (en) * | 2015-09-02 | 2022-12-28 | 삼성전자주식회사 | Walking assist apparatus and operating method thereof |
KR102566102B1 (en) | 2016-09-20 | 2023-08-11 | 삼성전자주식회사 | Walking assistance apparatus and method for controlling the walking assistance apparatus |
KR102503955B1 (en) | 2016-11-02 | 2023-02-28 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for controlling balance |
US10449106B2 (en) | 2017-02-21 | 2019-10-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for walking assistance |
KR102479563B1 (en) * | 2017-07-24 | 2022-12-20 | 삼성전자주식회사 | Motion assist apparatus |
KR20200094519A (en) * | 2019-01-30 | 2020-08-07 | 삼성전자주식회사 | Information processing apparatus and operating method of thereof |
JP2021181131A (en) * | 2020-05-18 | 2021-11-25 | 株式会社ジェイテクト | Assist device |
JP2021028047A (en) * | 2020-11-30 | 2021-02-25 | 国立大学法人東京工業大学 | Walking support device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006102156A (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Rikogaku Shinkokai | Walking assisting system |
JP3930399B2 (en) * | 2002-08-21 | 2007-06-13 | 本田技研工業株式会社 | Walking assist device |
JP4255744B2 (en) * | 2003-05-07 | 2009-04-15 | 本田技研工業株式会社 | Control system for motion assist device |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH048464A (en) | 1990-04-25 | 1992-01-13 | Mitsubishi Materials Corp | Processing method of silicone wafer |
JPH048465A (en) | 1990-04-26 | 1992-01-13 | Seiko Electronic Components Ltd | Double-side processing method of brittle material |
JP3735672B2 (en) | 2003-07-22 | 2006-01-18 | 国立大学法人岐阜大学 | Rehabilitation training technology education equipment |
JP4588666B2 (en) * | 2005-05-27 | 2010-12-01 | 本田技研工業株式会社 | Control device and control program for walking assist device |
JP4008464B2 (en) | 2005-08-29 | 2007-11-14 | 本田技研工業株式会社 | Motion induction device |
JP3950149B2 (en) * | 2005-09-02 | 2007-07-25 | 本田技研工業株式会社 | Exercise assistance device |
JP4008465B2 (en) | 2005-09-02 | 2007-11-14 | 本田技研工業株式会社 | Motion induction device |
JP5128375B2 (en) * | 2008-06-12 | 2013-01-23 | 本田技研工業株式会社 | Control device for walking assist device |
JP5137704B2 (en) * | 2008-06-13 | 2013-02-06 | 本田技研工業株式会社 | Control device for walking assist device |
-
2010
- 2010-10-21 JP JP2011537303A patent/JP5802131B2/en active Active
- 2010-10-21 DE DE112010005453.3T patent/DE112010005453B4/en active Active
- 2010-10-21 WO PCT/JP2010/068604 patent/WO2011049171A1/en active Application Filing
- 2010-10-21 US US13/502,541 patent/US9314394B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3930399B2 (en) * | 2002-08-21 | 2007-06-13 | 本田技研工業株式会社 | Walking assist device |
JP4255744B2 (en) * | 2003-05-07 | 2009-04-15 | 本田技研工業株式会社 | Control system for motion assist device |
JP2006102156A (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Rikogaku Shinkokai | Walking assisting system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102566114B1 (en) * | 2017-11-10 | 2023-08-14 | 삼성전자주식회사 | Control method and control apparatus for turning walking |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20120215140A1 (en) | 2012-08-23 |
DE112010005453T5 (en) | 2013-06-20 |
JPWO2011049171A1 (en) | 2013-03-14 |
US9314394B2 (en) | 2016-04-19 |
DE112010005453B4 (en) | 2022-09-01 |
WO2011049171A1 (en) | 2011-04-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5802131B2 (en) | Method for controlling exercise assist device, walking assist device and rehabilitation method | |
JP6884526B2 (en) | Standing assistance method and equipment | |
US10123932B2 (en) | Motion assist device and motion assist method | |
JP5588724B2 (en) | Walking motion assist device | |
JP4417300B2 (en) | Walking assist device | |
JP2002301124A (en) | Walking assisting device | |
JP4271712B2 (en) | Exercise assistance device | |
JP5501325B2 (en) | Walking assist device | |
US20090276058A1 (en) | Movement assisting device and movement assisting method | |
KR102146363B1 (en) | Wearable robot and control method for the same | |
JP6306898B2 (en) | Walking assist device | |
JP6247483B2 (en) | Operation assistance device and operation assistance program | |
JP5565037B2 (en) | Walking support device | |
JP5177070B2 (en) | Wearable measuring device and walking assist device | |
JP5747357B2 (en) | Knee joint power assist device | |
US20170156895A1 (en) | Movement assistance system and method thereof | |
JP5675021B2 (en) | Walking assist device | |
US10973727B2 (en) | Apparatus for fall prevention during walking, control device, control method, and recording medium | |
JP2017047210A (en) | Standing motion support method by synchronization control using robotic wear, computer program for standing motion support, and robotic wear | |
KR101787879B1 (en) | Method of ZMP-based gait trajectory generation for control of wearable robot and control method of gait trajectory generation system | |
JP5494011B2 (en) | Operation support system | |
JP7474466B2 (en) | Motion discrimination device and motion discrimination program | |
JP2016174975A (en) | Multi-link mechanism and exercise assist method | |
TWI759953B (en) | Lower limb exoskeleton assisting method and lower limb exoskeleton robot | |
KR102156837B1 (en) | Motion assist apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130904 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20141202 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150130 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150804 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150828 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5802131 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
S631 | Written request for registration of reclamation of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313631 |
|
S633 | Written request for registration of reclamation of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313633 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |